BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THÔNG

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM ECG

GVHD: TS. NGUYỄN THANH HẢI
SVTH: NGUYỄN THANH PHỤNG
MSSV: 11141164
SVTH: HOÀNG VŨ HOÀI SANG
MSSV: 11141171

SKL 0 0 4 2 0 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016


BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP
---------------------------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO

2011

MSSV: 11141164
MSSV: 11141171
Mã ngành: 01
Mã hệ:
1
Lớp: 11141DT1

I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỆN TIM ECG
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
2. Nội dung thực hiện:
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
16/10/2015
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 31/01/2016
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
Ts. Nguyễn Thanh Hải
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(30/11-06/12)
8
(07/12-13/12)
9
(14/12-20/12)
10,11
(21/12-03/1)
12
(04/1-10/01)

Xác nhận
GVHD

Nội dung
Nghiên cứu tổng quan về lí thuyết.
Thiết kế bộ khuếch đại-lọc nhiễu.
Thiết kế khối điều khiển.
Kết nối toàn mạch phần cứng.
Lập lưu đồ giải thuật.
Viết chương trình C.
Kiểm tra lỗi chương trình.
Nạp code.
Đo thực nghiệm và kiểm tra sai xót.
Kiểm tra toàn mạch và chỉnh sửa lần cuối.
Viết luận văn.
Nộp luận văn.

GV HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Thanh Hải


v


MỤC LỤC
Trang bìa ...................................................................................................................... i
Nhiệm vụ đồ án ........................................................................................................... ii
Lịch trình thực hiện ................................................................................................... iii
Cam đoan .................................................................................................................. iv
Lời cảm ơn .................................................................................................................. v
Mục lục ...................................................................................................................... vi
Danh mục hình ảnh ................................................................................................... vii
Danh mục biểu bảng ................................................................................................ viii
Tóm tắt ...................................................................................................................... ix

CHƯƠNG I. DẪN NHẬP ................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1
1.2 Lý do đề tài ....................................................................................................... 1
1.3 Mục tiêu đề tài................................................................................................... 3
1.4 Giới hạn đề tài ................................................................................................... 3
1.5 Bố cụ đề tài ....................................................................................................... 3

CHƯƠNG II. TỔNG QUAN LÍ THUYẾT ...................................................... 4
2.1 Cấu tạo và hoạt động của tim ........................................................................... 4
2.1.1 Cấu tạo của tim .............................................................................................. 4
2.2.2 Hoạt động của tim ......................................................................................... 5
2.2 Tín hiệu điện tim (ECG) ................................................................................... 6
2.2.1 Giới thiệu về tín hiệu điện tim ....................................................................... 6
2.2.2 Sóng của tín hiệu điện tim ............................................................................. 7
2.2.3 Cơ sở của tín hiệu điện tim ............................................................................ 8

3.3.3 Mạch lọc chắn dải ........................................................................................ 39
3.4 Mạch lọc thụ động........................................................................................... 41
3.4.1 Mạch lọc thông thấp ..................................................................................... 41
3.4.2 Mạch lọc thông cao ...................................................................................... 42
3.4.3 Mạch lọc thông dải ....................................................................................... 42
3.4.3 Mạch lọc chắn dải ........................................................................................ 44

CHƯƠNG IV. CÁC CHUẨN GIAO TIẾP……………………......... ........... 46
4.1 Mục đích ........................................................................................................ 46
4.2 Chế độ SPI ...................................................................................................... 46
vi


4.2.1 Khái niệm .................................................................................................... 46
4.2.2 Hoạt động .................................................................................................... 48
4.3 Chế độ I2C ...................................................................................................... 49
4.3.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 49
4.3.2 Các chế độ tryền nhận dữ liệu ..................................................................... 50
4.4 Bộ truyền nhận dữ liệu đồng bộ ..................................................................... 51
4.4.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 51
4.4.2 Các chế độ truyền ........................................................................................ 52
4.4.3 Chế độ EUSART không đồng bộ ................................................................ 52

CHƯƠNG V. THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG ..................................................... 57
5.1 Xác định các thông số của hệ thống ............................................................... 57
5.2 Sơ đồ khối và chức năng từng khối ................................................................ 57
5.2.1 Sơ đồ khối .................................................................................................... 57
5.2.2 Chức năng từng khối ................................................................................... 57
5.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lí ................................................................................. 58
5.3.1 Khối thu tín hiệu điện tim............................................................................ 58

Hình 2.12 : Vị trí chuyển đạo trước tim ....................................................................16
Hình 2.13 : Mặt cắt khảo sát tim và chuyển đạo tương ứng .....................................16
Hình 2.14 : Điện cực dán ..........................................................................................18
Hình 2.15 :Điện cực ngực .........................................................................................18
Hình 2.16 : Điện cực chi. ..........................................................................................18
Hình 2.17 : Sơ đồ chân PIC16F887 ..........................................................................19
Hình 2.18 : Hình dạng thực tế PIC16F887 ...............................................................21
Hình 2.19 : Sơ đồ khối PIC16F887. ..........................................................................23
Hình 2.20 : LCD thực tế ............................................................................................26
Hình 2.28 : Sơ đồ chân AD620 .................................................................................29
Hình 2.29 : Sơ đồ chân OP07 ....................................................................................30
Hình 3.1 : Hình dạng và thông số của tín hiệu điện tim thông thường .....................31
Hình 3.2 : Sơ đồ khối hệ thống điện tim. ..................................................................32
Hình 3.3 : Mạch khuếch đại vi sai.............................................................................32
vii


Hình 3.4 : Cấu trúc vi mạch AD620 .........................................................................33
Hình 3.5 : Mạch điều khiển chân phải ......................................................................34
Hình 3.6 : Đáp ứng Biên độ-Tần số của ba loại mạch lọc ........................................36
Hình 3.7 : Đáp ứng Biên độ-Tần số của mạch lọc thông thấp bậc 1 ........................36
Hình 3.8 : Mạch lọc thông thấp bậc 1 .......................................................................37
Hình 3.9 : Mạch lọc Butterworth thông thấp bậc 2 ...................................................37
Hình 3.10 : Mạch lọc thông cao bậc 1 ......................................................................38
Hình 3.11 : Mạch lọc thông cao bậc 2 ......................................................................39
Hình 3.12 : Sơ đồ khối mạch lọc triệt dãi. ................................................................40
Hình 3.13 : Sơ đồ mạch lọc triệt dãi. ........................................................................40
Hình 3.14 : Lọc thông thấp thụ động ........................................................................41
Hình 3.15 : Lọc thông cao thụ động ..........................................................................42
Hình 3.16 : Lọc thông dải thụ động. .........................................................................42

Hình 5.15 : Ngõ ra mạch triệt tần 40Hz ....................................................................69
Hình 5.16 : Ngõ ra mạch triệt tần 30Hz. ...................................................................70
Hình 5.17 : Mạch khuếch đại-dịch mức ....................................................................70
Hình 5.18a : Ngõ ra khuếch đại của mạch khuếch đại-dịch mức .............................71
Hình 5.18b : Ngõ ra khuếch đại của mạch khuếch đại-dịch mức .............................72
Hình 5.19 : Mạch dịch mức xét ngõ vào cộng ..........................................................73
Hình 5.20 : Mạch điện tương đương .........................................................................73
Hình 5.21 : Mạch dịch mức điện áp xét ngõ vào trừ.................................................74
Hình 5.22 : Phóng to ngõ ra mạch dịch mức.............................................................75
Hình 5.23 : Ngõ ra mạch dịch mức ...........................................................................75
Hình 5.24 : Khối xử lí và hiển thị điện áp .................................................................76
Hình 5.25 : Giải thuật chương trình chính ................................................................77
Hình 5.26 : Lưu đồ giải thuật chương trình ngắt ......................................................78
Hình 5.35 : Lưu đồ giải thuật đọc ADC ....................................................................79
Hình 5.27a : Tín hiệu thu được khi đọc trên tim giả .................................................84
Hình 5.27b : Tín hiệu thu được khi đọc trên tim giả .................................................84
Hình 5.27c : Tín hiệu thu được khi đọc trên tim giả .................................................85
Hình 5.28 : Sơ đồ nguyên lí mạch cải thiện ..............................................................86
Hình 5.29 : Layout mạch cải thiện ............................................................................86

vii


Hình 5.30 : Ngõ ra khuếch đại-lọc nhiễu mạch cải thiện ..........................................87
Hình 5.31 : Phóng to màn hình ngõ ra mạch khuếch đại-lọc nhiễu ..........................87
Hình 5.32 : Ngõ ra khối triệt tần 50Hz mạch cải thiện .............................................88
Hình 5.33 : Phóng to ngõ ra khối triệt tần 50Hz mạch cải thiện ...............................89
Hình 5.34a : Hiển thị điện áp lên LCD .....................................................................90
Hình 5.34b : Hiển thị điện áp lên LCD .....................................................................90
Hình 5.34c : Hiển thị điện áp lên LCD .....................................................................91


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM

2016

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
1.1 Đặt vấn đề:
Đất nước ngày càng hiện đại, vấn đề sức khỏe càng được chú trọng nhiều
hơn.Một trong những vấn đề sức khỏe cần được chú trọng là các bệnh về tim
mạch.Đây đang là một vấn đề nhức nhối trong xã hội trên toàn thế giới hiện nay với
tỷ lệ tử vong và tàn phế đứng hàng đầu.Ngành y tế các quốc gia cần được chú trọng
phát triển để có thể kiềm hãm sự phát triển của bệnh tim mạch và đem lại cuộc sống
khỏe mạnh cho con người. Tuy vậy, số lượng ca tử vong do bệnh tim mạch vẫn
chiếm số lượng lớn.Theo báo cáo của tổ chức WHO, khoảng 13,7 triệu người tử
vong vì bệnh tim mạch trên toàn thế giới năm 2008 [6]. Và số lượng người tử vong
do bệnh tim mạch rơi tập trung vào các nước có thu nhập trung bình và thấp. Nếu
không hoạt động tích cực thì số lượng ca tử vong do bệnh tim mạch sẽ gia tăng
trong những năm sắp tới.
Hiện nay có khá nhiều phương pháp để chẩn đoán các bệnh về tim mạch
nhưng một trong những phương pháp hiệu quả và trực quan nhất đó là phương pháp
Điện tâm đồ (ECG: Electro Cardio Gram). Đây là phương pháp chẩn đoán lâm sàng
mang lại rất nhiều hữu ích cho các bác sĩ, giúp chẩn đoán, phát hiện và điều trị sớm
nhất các bệnh tim mạch.

1.2 Lý do đề tài:
Giá thành các máy điện tâm đồ hiện tại trên thị trường có giá thành cao,
không phải trung tâm y tế nào ở Việt Nam cũng có thể trang bị máy này. Chính vì
thế, việc nghiên cứu thiết kế và chế tạo ra máy đo điện tâm đồ là vấn đề rất cần
thiết. Nếu thành công, giá thành sản phẩm có thể giảm đáng kể so với các các sản
phẩm nhập từ nước ngoài. Đồng thời, đề tài sẽ tạo tiền đề và động lực để phát triển

ADC với độ phân giải là 12 bit, sau đó áp dụng bộ lọc số trên máy tính. Mạch thu
thập số liệu sử dụng DSP được xây dựng trên vi mạch phát triển DSK
TMS320C6713. Việc kết nối DSP với ADC đã được thực hiện thành công.
Từ những nghiên cứu và nhận định thực tế trên, nhóm đã đưa ra hướng đi
cho đề tài nghiên cứu với dòng vi điều khiển khác để đa dạng về mặt thiết kế và chế
tạo ra một thiết bị có thể đo được tín hiệu điện tim mà giá thành lại thấp nhưng vẫn
đáp ứng được độ chính xác của kết quả đo.

CHƯƠNG I: DẪN NHẬP

2


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM

2016

1.3 Mục tiêu:
Qua đề tài “Thiết kế và chế tạo thiết bị đo điện tim (ECG)” thì những mục
tiêu cần đạt được:
 Hiểu được quá trình đọc và xử lí tín hiệu điện tim.
 Thiết kế và thi công được một thiết bị đo điện tim có các bộ lọc triệt
nhiễu đến mức tối đa có thể đạt được.
 Tạo ra sản phẩm đo điện timtiện lợi và đảm bảo an toàn cho người sử
dụng.

1.4 Giới hạn đề tài:
Qua đề tài “Thiết kế và chế tạo thiết bị đo điện tim (ECG)” thì còn những
hạn chế:
 Chưa giao tiếp với máy tính để hiển thịvề dạng sóng tín hiệu điện tim


Hình 2.1 Cấu tạo tim ngƣời [7].

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

4


THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐO ĐIỆN TIM

2016

2.1.2 Hoạt động của tim:
Các sợi cơ tim có cấu tạo đặc biệt liên kết với nhau làm thành cầu lan truyền
xung từ sợi này sang sợi kia. Trong tim còn có một cấu trúc đặc biệt có khả năng tự
phát xung gọi là hệ thống nút (hạch). Hệ thống gồm có:
 Nút xoang nhĩ (SAN): nằm ở cơ tâm nhĩ chỗ tĩnh mạch chủ trên đổ vào
tâm nhĩ phải. Nút xoang nhĩ phát xung với tần số vào khoảng 120
lần/phút và là nút tạo nhịp cho toàn bộ trái tim.
 Nút nhĩ thất (AVN): nằm ở bên phải của vách liên nhĩ, cạnh lỗ xoang tĩnh
mạch vành. Nút nhĩ thất phát xung với nhịp vào khoảng 50-60 lần/phút.
 Bó His: đi từ nút nhĩ thất tới vách liên thất thì chia làm hai nhánh phải và
trái chạy dưới nội mạc tới hai tâm thất, ở đó chúng phân nhánh thành
mạng Purkinje chạy giữa các sợi cơ tim. Bó His phát xung với nhịp
khoảng 30-40 lần/phút.

Hình 2.2 Vị trí các nút và bó His [7].

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT


2.2.1 Giới thiệu tín hiệu điện tim:
Tín hiệu điện tim là một trong các đại lượng sinh học quan trọng nhất trong
việc chẩn đoán và chăm sóc bệnh nhân. Khi tim co bóp thể thực hiện chức năng
tuần hoàn của mình thì nó sẽ tạo ra một điện trường sinh học qua khối dẫn liên hợp
từ ngực và cơ bụng tới bề mặt da. Sự chênh lệch điện thế sinh học đó có thể đo

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

6


S

K

L

0

0

2

1

5

4